安全通信系统--OpenSSL服务器和客户端

Posted 2020-09-02 白色的番茄

1. 环境配置
2. SSL的初始化

                   这一步主要使用OpenSSL提供的函数设置算法、证书等，一般步骤都固定了的，初始化流程示意图如下所示：

                                                            

                                                                             SSL初始化流程图

                    主要代码为：

 

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. SSL_load_error_strings(); /*为打印调试信息作准备*/  
2. OpenSSL_add_ssl_algorithms(); /*初始化*/  
3.   
4. //meth = TLSv1_server_method(); /*采用什么协议(SSLv2/SSLv3/TLSv1)在此指定*/  
5. //注意这里是server，客户端那里会是client  
6. ctx = SSL_CTX_new (TLSv1_server_method());   
7. CHK_NULL(ctx);  
8.   
9. SSL_CTX_set_verify(ctx,SSL_VERIFY_PEER,NULL); /*验证与否*/  
10. SSL_CTX_load_verify_locations(ctx,CACERT,NULL); /*若验证,则放置CA证书*/  
11.   
12. if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERTF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {  
13.     ERR_print_errors_fp(stderr);  
14.     getchar();  
15.     exit(3);  
16. }  
17.   
18. if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, KEYF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {  
19.     ERR_print_errors_fp(stdout);  
20.     getchar();  
21.     exit(4);  
22. }  
23.   
24. if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {  
25.     printf("Private key does not match the certificate public keyn");  
26.     getchar();  
27.     exit(5);  
28. }  
29.   
30.   
31. SSL_CTX_set_cipher_list(ctx,"RC4-MD5");   

 

 

          3.SSL连接通信

              建立TCP套接字，并且进入监听，当接收到客户端连接请求后，使用accept建立和客户端通信的套接字s，从初始化的SSL_CTX创建一个SSL，将该SSL和与客户端通信的套接字s绑定，然后使用SSL_accept建立和客户端的SSL连接，如果建立成功就可以检查客户端的证书并获取客户端的证书信息，实现相互认证。之后，可以使用异步通信机制处理该SSL连接的消息。原理图如下图所示：

           

控制台的非异步通信的SSL通信代码如下所示。(非异步通信的代码原理看起来原理更好理解)

服务器端代码

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. //创建监听套接字  
2. sListen = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
3. if(sListen == INVALID_SOCKET)  
4. {  
5.     cout << "监听套接字创建失败" << endl;  
6.     exit(0);  
7. }  
8. //创建地址  
9. sockaddr_in sin = {0};  
10. sin.sin_family = AF_INET;  
11. sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
12. sin.sin_port = htons (PORT);   
13.   
14. //套接字绑定  
15. err = bind(sListen, (struct sockaddr*) &sin,sizeof(sin));   
16. if(err == -1)  
17. {  
18.     cout << "监听套接字绑定失败" << endl;  
19.     exit(0);  
20. }  
21.   
22. /*接受TCP链接*/  
23. err = listen (sListen, 5);   
24. if(err == -1)  
25. {  
26.     cout << "监听套接字开启监听失败" << endl;  
27.     exit(0);  
28. }  
29.   
30. //接受客户端连接  
31. SOCKET sd = accept(sListen, (struct sockaddr *)&sa_cli, (socklen_t*)&client_len);  
32.   
33. if(err == -1)  
34. {  
35.     cout << "监听套接字accept失败" << endl;  
36.     exit(0);  
37. }  
38. closesocket (sListen);  
39.   
40.   
41. /*TCP连接已建立,进行服务端的SSL过程. */  
42. cout << "TCP连接建立，创建SSL连接中....\n" << endl;  
43. //从初始化的ctx新建SSL  
44. ssl = SSL_new (ctx);   
45. if(ssl == NULL)  
46. {  
47.     cout << "SSL创建失败" << endl;  
48.     exit(0);  
49. }  
50. //套接字和SSL绑定  
51. SSL_set_fd (ssl, sd);  
52. //SSL连接建立  
53. err = SSL_accept (ssl);  
54. if(err == -1)  
55. {  
56.     cout << "创建SSL连接失败" << endl;  
57.     exit(0);  
58. }  
59. else  
60. {  
61.     cout << "创建SSL连接成功" << endl;  
62.     exit(0);  
63. }  
64.   
65. /*打印所有加密算法的信息(可选)*/  
66. cout << "SSL连接算法信息:" << SL_get_cipher (ssl) << endl;  
67.   
68. /*得到服务端的证书并打印些信息(可选) */  
69. client_cert = SSL_get_peer_certificate (ssl);  
70. if (client_cert != NULL) {  
71.     cout << "客户端证书:" << endl;  
72.       
73.     cout << "subject:" << X509_get_subject_name (client_cert), 0, 0) << endl;  
74.       
75.   
76.     cout << "issuer:" << X509_NAME_oneline (X509_get_issuer_name (client_cert),0,0) << endl;  
77.     CHK_NULL(str);  
78.     X509_free (client_cert);/*如不再需要,需将证书释放 */  
79. }  
80. else cout << "客户端没有证书信息！" << endl; //客户端认证失败  
81.   
82. //SSL通信，用SSL_write,SSL_read代替send和recv  
83. while(true)  
84. {     
85.     //接收消息  
86.     err = SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1);   
87.     if(err == -1)  
88.     {  
89.         cout << "SSL_read接收消息失败" << endl;  
90.         exit(0);  
91.     }  
92.     buf[err] = ‘\0‘;  
93.     cout << "【客户端】:" << buf << endl;  
94.   
95.     cin >> buf;  
96.     //发送消息  
97.     err = SSL_write(ssl, buf, strlen(ssl));  
98.     if(err == -1)  
99.     {  
100.         cout << "SSL_write发送消息失败" << endl;  
101.         exit(0);  
102.     }  
103.     cout << "【服务器】:" << buf << endl;  
104. }  
105.   
106. //关闭套接字和ssl  
107. shutdown (sd,2);  
108. SSL_free (ssl);  
109. SSL_CTX_free (ctx);  

客户端代码

 

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. //  
2. #include "openssl/rsa.h"   
3. #include "openssl/crypto.h"  
4. #include "openssl/x509.h"  
5. #include "openssl/pem.h"  
6. #include "openssl/ssl.h"  
7. #include "openssl/err.h"  
8. #include "openssl/rand.h"  
9.   
10. #pragma comment(lib, "libeay32.lib")  
11. #pragma comment(lib, "ssleay32.lib")  
12.   
13. /*所有需要的参数信息都在此处以#define的形式提供*/  
14.   
15. #define CERTF "C:\\client.crt" /*服务端的证书(需经CA签名)*/  
16. #define KEYF "C:\\client.key" /*服务端的私钥(建议加密存储)*/  
17. #define CACERT "C:\\ca.crt" /*CA 的证书*/  
18. #define PORT 7758 /*服务端的端口*/  
19.   
20. int main ()  
21. {  
22.     int err;  
23.   
24.     int sd;  
25.     struct sockaddr_in sa;  
26.     SSL_CTX* ctx;  
27.     SSL* ssl;  
28.     X509* server_cert;  
29.     char* str;  
30.     char buf [4096] = {0};  
31.     char szMsg[4096] = {0};   
32.     //SSL_METHOD *meth;  
33.     int seed_int[100]; /*存放随机序列*/  
34.   
35.     WSADATA wsaData;  
36.   
37.     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData) != 0){  
38.         printf("WSAStartup()fail:%d\n",GetLastError());  
39.         return -1;  
40.     }   
41.   
42.     OpenSSL_add_ssl_algorithms(); /*初始化*/  
43.     SSL_load_error_strings(); /*为打印调试信息作准备*/  
44.   
45.     //注意这里是client和和服务器不同  
46.     ctx = SSL_CTX_new (TLSv1_client_method());   
47.     CHK_NULL(ctx);  
48.   
49.     SSL_CTX_set_verify(ctx,SSL_VERIFY_PEER,NULL); /*验证与否*/  
50.     SSL_CTX_load_verify_locations(ctx,CACERT,NULL); /*若验证,则放置CA证书*/  
51.   
52.   
53.     if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERTF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)   
54.     {  
55.         cout << "客户端证书检查失败！" << endl;  
56.         exit(0);  
57.     }  
58.   
59.     if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, KEYF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)   
60.     {  
61.         cout << "客户端key检查失败！" << endl;  
62.         exit(0);  
63.     }  
64.   
65.     if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))   
66.     {  
67.         cout << "客户端证书和key不匹配！" << endl;  
68.         exit(0);  
69.     }  
70.   
71.     /*构建随机数生成机制,WIN32平台必需*/  
72.     srand( (unsigned)time( NULL ) );  
73.     for( int i = 0; i < 100;i++ ) seed_int[i] = rand();  
74.   
75.     RAND_seed(seed_int, sizeof(seed_int));  
76.       
77.     //创建TCP连接请求  
78.     sd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
79.     if(sd == INVALID_SOCKET)  
80.     {  
81.         cout << "套接字创建失败！" << endl;  
82.         exit(0);  
83.     }  
84.     memset(&sa,‘\0‘, sizeof(sa));  
85.     sa.sin_family = AF_INET;  
86.     sa.sin_addr.s_addr = inet_addr ("127.0.0.1");   
87.     sa.sin_port = htons (PORT); /* Server Port number */  
88.   
89.     //TCP连接  
90.     err = connect(sd, (struct sockaddr*) &sa,  
91.     if(err == -1)  
92.     {  
93.         cout << "TCP连接失败！" << endl;  
94.         exit(0);  
95.     }  
96.     else  
97.     {  
98.         cout << "SSL连接成功！" << endl;  
99.         exit(0);  
100.     }  
101.     //SSL连接  
102.     //新建SSL  
103.     ssl = SSL_new (ctx);   
104.     if(ssl == NULL)  
105.     {  
106.         cout << "新建SSL失败!" << endl;  
107.         exit(0);  
108.     }  
109.     //套接字和SSL绑定  
110.     SSL_set_fd (ssl, sd);  
111.     //SLL连接  
112.     err = SSL_connect (ssl);  
113.     if(err == -1)  
114.     {  
115.         cout << "SSL连接失败" << endl;  
116.         exit(0);  
117.     }  
118.     else  
119.     {  
120.         cout << "SSL连接成功" << endl;  
121.         exit(0);  
122.     }  
123.     //打印连接信息  
124.     cout << "SSL连接算法信息：" << SSL_get_cipher (ssl) << endl;  
125.   
126.     /*得到服务端的证书并打印些信息(可选) */  
127.     server_cert = SSL_get_peer_certificate (ssl);  
128.     if (server_cert != NULL) {  
129.         cout << "服务器证书:" << endl;  
130.           
131.         cout << "subject:" << X509_get_subject_name (server_cert), 0, 0) << endl;  
132.           
133.   
134.         cout << "issuer:" << X509_NAME_oneline (X509_get_issuer_name (server_cert),0,0) << endl;  
135.         CHK_NULL(str);  
136.         X509_free (server_cert);/*如不再需要,需将证书释放 */  
137.     }  
138.     else cout << "服务器没有证书信息！" << endl; //服务器端认证失败  
139.   
140.     //SSL通信，用SSL_write,SSL_read代替send和recv  
141.     while(true)  
142.     {     
143.         cout << "请输入要发送的消息:";  
144.         cin >> buf;  
145.         //发送消息  
146.         err = SSL_write(ssl, buf, strlen(ssl));  
147.         if(err == -1)  
148.         {  
149.             cout << "SSL_write发送消息失败" << endl;  
150.             exit(0);  
151.         }  
152.         cout << "【客户端】:" << buf << endl;  
153.         //接收消息  
154.         err = SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1);   
155.         if(err == -1)  
156.         {  
157.             cout << "SSL_read接收消息失败" << endl;  
158.             exit(0);  
159.         }  
160.         buf[err] = ‘\0‘;  
161.         cout << "【服务器】:" << buf << endl;  
162.     }  
163.   
164.     /* 收尾工作 */  
165.     SSL_shutdown (ssl);  
166.     shutdown (sd,2);  
167.     SSL_free (ssl);  
168.     SSL_CTX_free (ctx);  
169.   
170.     return 0;  
171. }